(57)【要約】【課題】  ３つの波長に対して互換を達成しつつ、トラッキングによるコマ収差の劣化を軽減できる集光光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  本発明の集光光学素子は、保護基板厚ｔ１〜ｔ３の第１〜第３光ディスクに対して波長λ１〜λ３の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる。そして、少なくとも１つの光学面が光軸を中心とした同心円状の複数の領域に分割され、第３光ディスクに対して有限共役系で再生及び／又は記録を行なう場合の光学系倍率をｍ３と規定したとき、波長λ３の光束に対する集光光学素子の焦点距離ｆ３が（１）式を満たす。０．０１＜｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３＜０．０７   （１）【選択図】図１
2006012218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護基板厚ｔ１[ｍｍ]の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ２[ｍｍ]（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３[ｍｍ]（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置用の集光光学素子において、
前記光源側の光学面及び前記光ディスク側の光学面のうち、少なくとも１つの光学面が光軸を中心とした同心円状の複数の領域に分割され、前記第３光ディスクに対して有限共役系で再生及び／又は記録を行なう場合の光学系倍率をｍ３と規定したとき、
前記波長λ３の光束に対する前記集光光学素子の焦点距離ｆ３が（１）式を満たすことを特徴とする集光光学素子。
０．０１＜｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３＜０．０７    （１）
【請求項２】
前記光源から出射されて前記集光光学素子の主平面上であって光軸から直交する方向へ距離Hだけ離れた地点を通過する光束が光軸となす角をｕ、当該光束が前記集光光学素子の前記光ディスク側の光学面から出射された後光軸となす角をＵ、前記集光光学素子の前記光源側の光学面の屈折率をｎ、前記集光光学素子の前記光ディスク側の光学面の屈折率をｎ´、当該光束に対する前記集光光学素子の光学系倍率をｍ、当該光束に対する前記集光光学素子の焦点距離をｆ、正弦条件違反量をＳＣ、前記波長λ１の光束を前記第１光ディスクに集光させるための正弦条件違反量の最大値をＳＣ１ｍａｘ、前記波長λ３の光束を前記第３光ディスクに集光させるための前記集光光学素子の有効径の外端での正弦条件違反量の最大値をＳＣ３ｍａｘと規定したとき、（２）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の集光光学素子。
０．０５＜｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜＜０．２５    （２）
但し、
ｍ＝０の場合には、ＳＣ＝ｎ・Ｈ／ｎ´・ｓｉｎＵ−ｆ
ｍ≠０の場合には、ＳＣ＝ｆ（１−１／ｍ）（ｓｉｎｕ／ｓｉｎＵ−ｍ）
【請求項３】
前記波長λ１の光束に対する前記集光光学素子の像側の開口数をＮＡ１、前記波長λ３の光束に対する前記集光光学素子の像側の開口数をＮＡ３と規定したとき、
０．５≦ＮＡ１≦０．７
０．４≦ＮＡ３≦０．６４
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の集光光学素子。
【請求項４】
前記集光光学素子の前記光源側の光学面及び前記光ディスク側の光学面が共に複数の領域に分割されており、前記光源側の光学面のうち光軸を含む領域を第１領域、当該第１領域の外周側に位置する領域を第２領域とし、前記光ディスク側の光学面のうち光軸を含む領域を第３領域、当該第３領域の外周側に位置する領域を第４領域とし、
前記第１領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光束はそれぞれ前記第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、前記第２領域及び前記第４領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束はそれぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に用いられるように設定されており、
前記第１領域の曲率半径を１Ｒｒ１、前記第２領域の曲率半径を１Ｒｒ２、前記第３領域の曲率半径を２Ｒｒ１、前記第４領域の曲率半径を２Ｒｒ２としたとき、（３）式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の集光光学素子。
０．５＜（１Ｒｒ２−２Ｒｒ２）／（１Ｒｒ１−２Ｒｒ１）＜１．５      （３）
【請求項５】
前記第１領域の光軸からの距離ｈは、前記第３光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成するために必要な有効光束径の高さであることを特徴とする請求項４に記載の集光光学素子。
【請求項６】
前記有限共役系における前記集光光学素子の有効径端の正弦条件違反量をＳＣｍａｘとしたとき、（４）式を満たすことを特徴とする請求項１、２及び４のいずれか一項に記載の集光光学素子。
０．０３＜｜ＳＣｍａｘ｜／ｆ＜０．０５  （４）
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の集光光学素子を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置に用いられる集光光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５nmのレーザ光源が実用化されつつある。
これら青紫色レーザ光源を使用すると、デジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと略記する）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。
【０００３】
ところで、高密度光ディスクとして、現在２つの規格が提案されている。１つはＮＡ０．８５の対物レンズを使用し保護層厚みが０．１ｍｍであるブルーレイディスク（以下、ＢＤと略記する）であり、もう１つはＮＡ０．６５乃至０．６７の対物レンズを使用し保護層厚みが０．６ｍｍであるＨＤ ＤＶＤ（以下、ＨＤと略記する）である。将来、市場にこれら２つの規格の高密度光ディスクが流通する可能性があることを鑑みると、何れの高密度光ディスクに対しても既存のＤＶＤも記録・再生を行なうことができる互換用光ピックアップ装置は重要であり、中でも対物レンズで互換を行なう１レンズ方式は最も理想的な形態である。
【０００４】
特にここ最近、高密度光ディスクの製品化への開発が活発化しており、その用途も再生専用のプレーヤーのみではなく、記録可能なレコーダーやパソコン搭載と幅広くなっている。
パソコン搭載用途として、例えばノート型パソコンにおいては、薄型化を達成するためにピックアップ光学系自体も薄型にする必要が生じるが、薄型化のためには焦点距離が短い、通称スリムタイプの光学素子が必要不可欠となる。
【０００５】
例えば、ＨＤを含む３波長互換（ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ（コンパクトディスク））の技術では、ＨＤとＤＶＤとを互換させるために対物レンズの表面に設けた回折の効果が用いられることが多く、ＣＤ用のレーザ光束を、対物レンズに対して発散光として入射させることで、ＨＤとＣＤとの保護基板厚の差により生じる球面収差の一部を補正している（例えば特許文献１の記載内容から推定される）。
なお、ＣＤ用の光束を発散光として入射させるのは、ＨＤやＤＶＤと比較して、ＣＤはＮＡが小さく、また、光束の波長が長いので、これら３種類の光ディスクの中で、発生する球面収差量がもっとも小さいことに基づくものである。
【特許文献１】特開２０００−３４８３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＨＤ及びＤＶＤの基板厚（共に約０．６ｍｍ）とＣＤの基板厚（約１．２ｍｍ）との差によって生じる３次の球面収差量ＳＡ３は次の式で表される。
｜ＳＡ３｜＝[Δｔ（ｎλ2−１）／８ｎλ3]ＮＡ4
Δｔは保護基板厚の差、ｎλは波長λでの保護基板の屈折率
図１６（ａ）は、基板厚がｔ３のＣＤ用の光束を対物レンズに対して発散光として入射させ、ＣＤの情報記録面上に集光させる有限系の光学系を表している。
図１６（ｂ）に示すように、仮にこの光学系をそのまま比例縮小して焦点距離を短くし、ＣＤの保護基板厚も同様に比例縮小した場合には、ＣＤ用の光束を情報記録面上に収束させることは当然可能である。
【０００７】
しかし、実際には光学系を比例縮小させた場合であっても、ＣＤの保護基板厚は１．２ｍｍで変化せず、これに起因した収差が発生してしまうので、図１６（ｃ）に示すように、光学系を比例縮小する場合であっても、倍率を変えることでＣＤ用の光束の発散度合いをθからθ´へと大きくし、上記収差を補正する必要がある。
すなわち、光学系の薄型化を達成すべく、光学系を比例縮小させて焦点距離を短くした場合におけるＣＤの倍率は、もとの焦点距離におけるＣＤの倍率と比較して大きくする必要がある。
【０００８】
ここで、このようなＣＤの倍率変動に対して１つの問題が生じる。
対物レンズのトラッキング量をＴ（ｍｍ）とした場合の画角αは次式で表すことができる。
ｔａｎα＝Ｔ×（−ｍ）／[ｆ×（１−ｍ）2]
ｆは焦点距離、ｍは対物レンズの倍率
この式より、ＣＤ使用時に軸外光が対物レンズに入射した際や対物レンズがシフトした際には、倍率ｍが大きくなるのにともなって画角αも大きくなることが分かり、ゆえにコマ収差は倍率が大きくなるにつれて増大することが分かる。
【０００９】
図１７は、トラッキング量Ｔ＝０．３（ｍｍ）の場合に生じる３次のコマ収差の発生量と倍率ｍの関係を表すグラフである。
例えば、破線で表している従来技術のもとで設計した焦点距離ｆ＝３．０ｍｍの対物レンズでは倍率ｍの絶対値は０．０３であり、トラッキング時に対物レンズが光軸から０．３ｍｍ移動した場合の波面収差は０．０１３λｒｍｓ程度となり、再生・記録用途として支障が生じない範囲内に収まっている。
一方、例えば、破線で表している従来技術のもとで設計した焦点距離ｆ＝１．７ｍｍの対物レンズでは倍率ｍの絶対値は０．０７となり、トラッキング時に生じるコマ収差はマレシャル限界を超えることが分かる。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、３つの波長に対して互換を達成しつつ、トラッキングによるコマ収差の劣化を軽減できる集光光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、保護基板厚ｔ１[ｍｍ]の第１光ディスクに対して、第１光源から出射される波長λ１[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ２[ｍｍ]（ｔ１≦ｔ２）の第２光ディスクに対して、第２光源から出射される波長λ２[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、保護基板厚ｔ３[ｍｍ]（ｔ１≦ｔ２＜ｔ３）の第３光ディスクに対して、第３光源から出射される波長λ３[ｎｍ]の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置用の集光光学素子において、
前記光源側の光学面及び前記光ディスク側の光学面のうち、少なくとも１つの光学面が光軸を中心とした同心円状の複数の領域に分割され、前記第３光ディスクに対して有限共役系で再生及び／又は記録を行なう場合の光学系倍率をｍ３と規定したとき、
前記波長λ３の光束に対する前記集光光学素子の焦点距離ｆ３が（１）式を満たすことを特徴とする。
０．０１＜｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３＜０．０７    （１）
【００１２】
光ピックアップ装置が、出射光束の波長が異なる３つの光源を備え、これら光束を１つの対物レンズを介して３種類の光ディスクの情報記録面上に集光させる構成である場合、基板厚ｔ３の第３光ディスクを記録／再生する場合の光学系倍率ｍ３は焦点距離に依存することになる。つまり、第１光ディスクの焦点距離ｆ１をある特定の値に決定すると、ＣＤの焦点距離ｆ３も一義的に決定され、更に、焦点距離ｆ３での倍率ｍ３も一義的に決定されることになる。
焦点距離ｆが例えば１．６５ｍｍ程度の薄型の光ピックアップ装置において、｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３の値が（１）式の上限を超える場合にはワーキングディスタンスを十分取れなくなり、ピックアップ光学系が成立しない。また、焦点距離ｆが長い（２．５ｍｍ程度）場合は所望の薄型ピックアップを得られない。よって（１）式を満たす範囲内とすることで、コンパクトで基板厚の異なる３種類の光ディスクに対して記録／再生が可能な光ピックアップ装置を得られる。
【００１３】
なお、本明細書においては、上述したＢＤやＨＤ以外にも、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さが０（ゼロ）の光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。
また、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
また、本明細書中において集光光学素子には、光ピックアップ装置の集光光学系を構成する、例えば、対物レンズ、カップリングレンズ、ビームエキスパンダ、ビームシェイパ、補正板等の部材が該当する。
また、集光光学素子としては、単一のレンズのみで構成されているものに限定されず、複数のレンズを光軸方向に組み合わせて構成されるレンズ群をまとめて光学素子としてもよい。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の集光光学素子において、
前記光源から出射されて前記集光光学素子の主平面上であって光軸から直交する方向へ距離Hだけ離れた地点を通過する光束が光軸となす角をｕ、当該光束が前記集光光学素子の前記光ディスク側の光学面から出射された後光軸となす角をＵ、前記集光光学素子の前記光源側の光学面の屈折率をｎ、前記集光光学素子の前記光ディスク側の光学面の屈折率をｎ´、当該光束に対する前記集光光学素子の光学系倍率をｍ、当該光束に対する前記集光光学素子の焦点距離をｆ、正弦条件違反量をＳＣ、前記波長λ１の光束を前記第１光ディスクに集光させるための正弦条件違反量の最大値をＳＣ１ｍａｘ、前記波長λ３の光束を前記第３光ディスクに集光させるための前記集光光学素子の有効径の外端での正弦条件違反量の最大値をＳＣ３ｍａｘと規定したとき、（２）式を満たすことを特徴とする。
０．０５＜｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜＜０．２５    （２）
但し、
ｍ＝０の場合には、ＳＣ＝ｎ・Ｈ／ｎ´・ｓｉｎＵ−ｆ
ｍ≠０の場合には、ＳＣ＝ｆ（１−１／ｍ）（ｓｉｎｕ／ｓｉｎＵ−ｍ）
【００１５】
｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜が（２）式の下限より小さな数値であれば、波長λ３の光束における有効径の端の部分での正弦条件違反量が、絶対値で０．０７を超えることになり、焦点距離が短い集光光学素子、特に対物レンズのトラッキングによるレンズシフト発生時のコマ収差がマレシャル限界を超えてしまう。一方、上限よりも大きな数値であれば、波長λ１の光束を使用する際の正弦条件違反量の絶対値の最大値が大きくなりすぎ、例えばＨＤに対する軸外特性が悪化する。
このように、｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜を（２）式の範囲内とすることで、第１光ディスクの軸外特性を十分確保しつつ、有限で使用した際のトラッキングによるレンズシフト発生時のコマ収差発生量を、焦点距離が十分小さな値であってもマレシャル限界以下とすることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の集光光学素子において、
前記波長λ１の光束に対する前記集光光学素子の像側の開口数をＮＡ１、前記波長λ３の光束に対する前記集光光学素子の像側の開口数をＮＡ３と規定したとき、
０．５≦ＮＡ１≦０．７
０．４≦ＮＡ３≦０．６４
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の集光光学素子において、
前記集光光学素子の前記光源側の光学面及び前記光ディスク側の光学面が共に複数の領域に分割されており、前記光源側の光学面のうち光軸を含む領域を第１領域、当該第１領域の外周側に位置する領域を第２領域とし、前記光ディスク側の光学面のうち光軸を含む領域を第３領域、当該第３領域の外周側に位置する領域を第４領域とし、
前記第１領域及び前記第３領域を通過する前記波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光束はそれぞれ前記第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、前記第２領域及び前記第４領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束はそれぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に用いられるように設定されており、
前記第１領域の曲率半径を１Ｒｒ１、前記第２領域の曲率半径を１Ｒｒ２、前記第３領域の曲率半径を２Ｒｒ１、前記第４領域の曲率半径を２Ｒｒ２としたとき、（３）式を満たすことを特徴とする。
０．５＜（１Ｒｒ２−２Ｒｒ２）／（１Ｒｒ１−２Ｒｒ１）＜１．５      （３）
【００１８】
（３）式は、光学面を複数領域に分割した焦点距離が短い集光光学素子に関して、下限値０．５を下まわらない範囲で内側の曲率半径（１Ｒｒ１及び２Ｒｒ１）と外側の曲率半径（１Ｒｒ２及び２Ｒｒ２）が異なることを示している。下限値０．５を下まわる場合は集光光学素子の光源側とディスク側の少なくとも一方の外側領域の近軸半径が小さいことを意味し、近軸半径が小さくなることで、軸外特性、製造上のレンズ面の偏芯誤差の影響が大きくなる。
なお、（３）式の範囲には１を含まないとする。その理由として本発明の技術でコマ収差を補正しようとするならば、内側領域と外側領域の近軸の曲率半径が異なっていなければならないからである。
このように、（１Ｒｒ２−２Ｒｒ２）／（１Ｒｒ１−２Ｒｒ１）を（３）式の範囲内とすることで、３種類の波長に対して球面収差補正をしつつ、軸外軸外の収差も補正できる集光光学素子の光学面の面形状を規定できる。これにより非球面の曲率半径が内側領域と外側領域で大きく異なることを防止できる。
外側領域の近軸の曲率半径が小さいと射出成形の製造上にて相対的な面のシフトが起こった場合の収差が発生するが、この範囲に入っていれば収差発生量を十分抑えた集光光学素子とすることが可能となる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の集光光学素子において、
前記第１領域の光軸からの距離ｈは、前記第３光ディスクの情報記録面上に良好な集光スポットを形成するために必要な有効光束径の高さであることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１、２及び４のいずれか一項に記載の集光光学素子において、前記有限共役系における前記集光光学素子の有効径端の正弦条件違反量をＳＣｍａｘとしたとき、（４）式を満たすことを特徴とする。
０．０３＜｜ＳＣｍａｘ｜／ｆ＜０．０５  （４）
【００２１】
｜ＳＣｍａｘ｜が下限値０．０３よりも小さいということは、焦点距離ｆが大きいかＳＣｍａｘの絶対値が小さいケースが挙げられるが、薄型ピックアップに組みこむためには対物レンズの焦点距離は１．８ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が望ましい。また有限系でのＳＣｍａｘを小さく抑えると、他の光ディスク（例えばＨＤ及びＤＶＤ）の正弦条件が満たされなくなるため、３種類の光ディスク間での互換性を達成できなくなる恐れがある。
また、上限値０．０５よりも大きいということは、焦点距離ｆが小さいかＳＣｍａｘが大きいことが挙げられるが、焦点距離が小さすぎる（例えばｆ＝１．６以下）と十分なワーキングディスタンスがとれず、また、ＳＣｍａｘが大きすぎると有限共役系でのトラッキングによるレンズシフト発生時のコマ収差が抑制できないという不具合が生じる。
【００２２】
薄型の光ピックアップ装置の構成とするには焦点距離ｆが１．８〜２．０mmの集光光学素子を用いることが望ましく、有限共役系におけるレンズシフト時のコマ収差発生を抑制するには、焦点距離が短くなるほど正弦条件違反量を制御してＳＣｍａｘを小さくする必要がある。（４）式は焦点距離ｆと｜ＳＣｍａｘ｜との関係を示し、（４）式の数値範囲に入る正弦条件違反量であれば、薄型で３つの波長に対して記録／再生に使用可能で軸外特性も保証した光ピックアップ装置用の集光光学素子を得られる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の集光光学素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、３つの波長に対して互換を達成しつつ、トラッキングによるコマ収差の劣化を軽減できる集光光学素子及び光ピックアップ装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、ＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護層（保護基板）ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。
但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
【００２６】
また、第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪ（集光光学素子）の光学系倍率ｍ１はｍ１＝０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ１の第１光束が平行光として入射する構成となっている。
また、第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪの光学系倍率ｍ２も同様にｍ２＝０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ２の第２光束が平行光として入射する構成となっている。
なお、本発明においては、第１倍率ｍ１と第２倍率ｍ２が共に０である必要は無く、例えば、第２光束を平行光として入射させ、第１光束を緩い収束光として対物レンズＯＢＪに入射させたり、あるいは、第１光束と第２光束を共に緩い収束光として入射させてもよい。
また、第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪの光学系倍率ｍ３は、ｍ３＜０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ３の第３光束が発散光として入射する有限共役系の構成となっている。
【００２７】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、第１光束用の光検出器ＰＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、第２光束用の光検出器ＰＤ２、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、第３光束用の光検出器ＰＤ３、第１光束及び第２光束が通過するコリメートレンズＣＯＬ、第３光束が通過するカップリングレンズＣＵＬ、その光学面上に回折構造が形成され、各光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面の対物レンズＯＢＪ、対物レンズＯＢＪを所定の方向に移動させる２軸アクチュエータＡＣ、第１〜第５ビームスプリッターＢＳ１〜ＢＳ５、ビームシェイパーＢＳＨ、絞りＳＴＯ、センサーレンズＳＥＮ１〜ＳＥＮ３等から構成されている。
【００２８】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビームシェイパーＢＳＨを通過する際にその断面形状が変更され、第１ビームスプリッターＢＳ１及び第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、コリメートレンズＣＯＬに至る。
そして、コリメートレンズＣＯＬを透過する際に第１光束は平行光に変換され、第３ビームスプリッターＢＳ３、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００２９】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、第３ビームスプリッターＢＳ３、コリメートレンズＣＯＬ、第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、第１ビームスプリッターＢＳ１で分岐され、センサーレンズＳＥＮ１により非点収差が与えられて、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いてＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００３０】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において一点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第４ビームスプリッターＢＳ４を通過し、第２ビームスプリッターＢＳ２で反射され、コリメートレンズＣＯＬに至る。
そして、コリメートレンズＣＯＬを透過する際に第２光束は平行光に変換され、第３ビームスプリッターＢＳ３、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００３１】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、第３ビームスプリッターＢＳ３、コリメートレンズＣＯＬを通過し、第２ビームスプリッターＢＳ２で分岐され、更に第４ビームスプリッターＢＳ４で分岐され、センサーレンズＳＥＮ２により非点収差が与えられて、光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００３２】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、第５ビームスプリッターＢＳ５を通過し、カップリングレンズＣＵＬに至る。
そして、カップリングレンズＣＵＬを透過する際に第３光束はその発散角が変更され、第３ビームスプリッターＢＳ３で反射して、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００３３】
情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪを通過し、第３ビームスプリッターＢＳ２３反射され、カップリングレンズＣＵＬを通過し、第５ビームスプリッターＢＳ５で分岐され、センサーレンズＳＥＮ３により非点収差が与えられて、光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００３４】
次に、対物レンズＯＢＪの構成について説明する。
図２に示すように、対物レンズＯＢＪは、その入射面Ｓ１（光源側の光学面）と出射面Ｓ２（光ディスク側の光学面）が共に非球面で構成されたプラスチック製の単レンズである。
【００３５】
対物レンズの光学面Ｓ１は、図３（ａ）に示すように、ＮＡ３内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されている。そして、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には、図２に示したような、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状となっている回折構造ＤＯＥが形成されている。
また、対物レンズの光学面Ｓ２も、図３（ｂ）に示すように、ＮＡ３内の領域に対応する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３と、ＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第４領域ＡＲＥＡ４とに分割されている。第３領域ＡＲＥＡ３及び第４領域ＡＲＥＡ４は屈折面で構成されている。
【００３６】
対物レンズＯＢＪの光学面上に形成する位相構造としては、回折構造、光路差付与構造の何れであっても良く、回折構造としては、図４に模式的に示すように、複数の輪帯１００から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図５に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図６に模式的に示すように、内部に階段構造が形成された複数の輪帯１０３から構成されるものや、図７に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。また、光路差付与構造としては、図７に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。従って、図７に模式的に示した構造は、回折構造である場合もあるし、光路差付与構造である場合もある。尚、図４乃至図７は、各位相構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、各位相構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。尚、本明細書では、図４、５、及び７に示したような複数の輪帯から構成される回折構造を記号「ＤＯＥ」で表し、図６に示したような内部に階段構造が形成された複数の輪帯から構成される回折構造を記号「ＨＯＥ」で表すものとする。
【００３７】
このような位相構造を設けることにより、例えば、温度変化に伴う半導体レーザーの波長が変化した場合における球面収差を抑制したり、製造誤差により発振波長が基準波長からずれた半導体レーザーを使用した場合での球面収差を抑制したり、或いは、レーザーのモードホッピングにより、入射光束の波長が瞬時的に変化した場合においても良好な記録／再生特性を維持できる。
【００３８】
また、対物レンズＯＢＪに設けた位相構造を利用して、ＨＤ用の波長λ１の第１光束とＤＶＤ用の波長λ２の第２光束との波長差に起因する色収差、及び／又は、ＨＤの保護層とＤＶＤの保護層の厚みの差に起因する球面収差を補正することができる。なお、ここでいう色収差とは、波長差に起因する光軸方向の波面収差最小位置変動を指す。例えば、位相構造を、波長λ１及びλ２の光束のうち少なくとも１つの光束に対して正の回折作用を与える回折構造とすることで、回折作用を与えた光束の波長変動に起因して発生する色収差を抑制することができる。
【００３９】
また、本実施の形態における対物レンズは、波長λ３の光束に対する対物レンズＯＢＪの焦点距離ｆ３、光学系倍率ｍ３、ＨＤ及びＣＤの保護層厚ｔ１及びｔ３を用いて、（１）式を満たすように設定されている。
０．０１＜｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３＜０．０７    （１）
本発明に係る光ピックアップ装置ＰＵのように、出射光束の波長が異なる３つの光源を備え、これら光束を１つの対物レンズＯＢＪを介して３種類の光ディスクの情報記録面上に集光させる場合、基板厚ｔ３のＣＤを記録／再生する場合の光学系倍率ｍ３は焦点距離に依存することになる。つまり、ＨＤの焦点距離ｆ１をある特定の値に決定すると、ＣＤの焦点距離ｆ３も一義的に決定され、更に、焦点距離ｆ３での倍率ｍ３も一義的に決定されることになる。
【００４０】
図８は、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの光源（第１光源）を含むピックアップ光学系において、２つの光ディスク（ＨＤ及びＤＶＤ）を記録／再生する場合には無限光を対物レンズに入射させ、残る１つの光ディスク（ＣＤ）を記録／再生する場合には、基板厚差（ｔ３−ｔ１またはｔ３−ｔ２）による球面収差を補正すべく、対物レンズに有限光を入射させた場合における焦点距離と倍率ｍとの関係を示す表（ａ）及びグラフ（ｂ）である。
焦点距離ｆが１．６５ｍｍ程度の薄型の光ピックアップ装置において、｜ｍ３｜×（ｔ３−ｔ１）／ｆ３の値が（１）式の上限を超える場合にはワーキングディスタンスＷＤを十分取れなくなり、ピックアップ光学系が成立しない。また、焦点距離ｆが長く（２．５ｍｍ程度）の場合は所望の薄型ピックアップを得られない。よって（１）式を満たす範囲内とすることで、コンパクトで基板厚の異なる３種類の光ディスクに対して記録／再生が可能な光ピックアップ装置を得られる。
【００４１】
また、光源から出射されて対物レンズの主平面上であって光軸から直交する方向へ距離Ｈだけ離れた地点を通過する光束が光軸となす角をｕ、当該光束が対物レンズの光ディスク側の光学面から出射された後光軸となす角をＵ、対物レンズの光源側の光学面の屈折率をｎ、対物レンズの光ディスク側の光学面の屈折率をｎ´、当該光束に対する対物レンズの光学系倍率をｍ、当該光束に対する対物レンズの焦点距離をｆ、正弦条件違反量をＳＣ、波長λ１の光束をＨＤに集光させるための正弦条件違反量の最大値をＳＣ１ｍａｘ、波長λ３の光束をＣＤに集光させるための対物レンズの有効径の外端での正弦条件違反量の最大値をＳＣ３ｍａｘと規定したとき、（２）式を満たすように設定されている。
０．０５＜｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜＜０．２５    （２）
但し、
ｍ＝０の場合には、ＳＣ＝ｎ・Ｈ／ｎ´・ｓｉｎＵ−ｆ
ｍ≠０の場合には、ＳＣ＝ｆ（１−１／ｍ）（ｓｉｎｕ／ｓｉｎＵ−ｍ）
【００４２】
図９は、正弦条件を説明するための説明図である。図９（ａ）の場合、レンズ１３０は軸上物点１３１から発生した光を軸上像点１３２に結像する。ここで、簡単のためにレンズ１３０は無収差（この状態で球面収差がない）であるとする。このレンズ１３０の近軸横倍率をβとすると、正弦条件違反量ＳＣは、次の式で与えられる。
ＳＣ＝（ｎ×ｓｉｎθ）／（ｎ'×ｓｉｎθ'）−β
ここで、ｎは物点側の屈折率であり、ｎ'は像点側の屈折率である。
【００４３】
図９（ｂ）は物点１３１ｂが軸外にある場合を示し、この場合、像点１３２ｂも軸外となる。この結像関係は、軸外共役点同士の結像関係であるから、レンズ１３０がいわゆる無収差のレンズであったとしても、収差は発生する。ただしその収差の発生度合いはレンズ１３０の正弦条件の満足の仕方によって変わってくる。
ここで、レンズ１３０が正弦条件を満たしていれば、像高ｈと収差量の関係は図１０（ａ）のようになる。この場合、発生する収差は、ほぼ全てが非点収差であり、コマ収差は発生しない。一方、レンズ１３０が正弦条件を違反している場合は、像高ｈと収差量の関係は図１０（ｂ）のようになる。この場合、非点収差と同時にコマ収差が発生するため、正弦条件を満たしている場合よりもはるかに大きな収差量となる。
つまり、レンズに対して光が正しく正面から入射した場合には、正弦条件を満たしていても満たしていなくても結像特性は同じものとなるが、レンズに対して光が斜めから入射した場合は結像特性（軸外特性）がまったく異なってくるので、ほとんどの光学系は、通常、正弦条件を満たすように設計される。
【００４４】
図１１は無限系ピックアップ装置（対物レンズに入射する光が平行光）と有限系ピックアップ装置（対物レンズに入射する光が発散光）の説明図である。図１１（ａ）に示した無限系ピックアップ装置の場合、ビーム源１４０から発生した発散光がコリメータレンズ１４１により平行光とされ、対物レンズ１４２で収束光とされて光学記録媒体１４３の記録表面上にスポットを形成する。無限系では、対物レンズ１４２が中立位置にあっても、トラッキングシフトをしても、対物レンズに対しては平行光束が正しく正面から入射する。すなわち対物レンズがトラッキング動作をしても、常に像点は光軸上にあるために、少なくとも対物レンズにおける収差は発生しない。さらにコリメータレンズも正弦条件を満たしていれば、トラックシフトをして物点が軸外になったとしても、図１１（ａ）のように極僅かな非点収差だけしか発生しない。
従って、無限系の光学ピックアップ装置に於いては、対物レンズにおける収差は原理的に発生しないので、正弦条件は製造公差上問題がない程度に補正してあればよい。但し、対物レンズの設置角度ズレがあると無限系でも斜入射になるため、その場合には、大きな収差が発生しない程度に正弦条件を満足する必要がある。
【００４５】
一方、図１１（ｂ）に示した有限系ピックアップ装置の場合、ビーム源１４０ｂから発生した発散光が対物レンズ１４２ｂに入射し光学記録媒体１４３ｂの記録表面上にスポットを形成する。有限系では、対物レンズ１４２ｂが中立位置にある場合は発散光がレンズに対して正しく正面から入射するため、収差は発生しないが、対物レンズ１４２ｂがトラッキングシフトをした場合は、物点（すなわちビーム源１４０ｂ）が軸外となるので、図１１（ｂ）と同じ状態となる。
このとき、対物レンズ１４２ｂが正弦条件を十分に満たしていれば図１０（ａ）のようにわずかな非点収差しか発生せず、問題はないが、正弦条件を違反していると図１０（ｂ）のように非常に大きなコマ収差が発生し、スポットのプロファイルが崩れて再生が困難となる。つまり、有限系の光学ピックアップ装置に於いては、対物レンズは正弦条件を十分に満たしている必要があり、又、正弦条件を満足できるように対物レンズの非球面定数等を選択する必要がある。
【００４６】
上記無限系と有限系との相違を考慮して、従来のＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップ装置では、ＤＶＤ再生時には対物レンズが正弦条件を違反するように設計をし、無限系で再生を行い、より低密度な記録媒体ＣＤを再生する場合には正弦条件を満たすように設計をし、有限系で再生を行なっていた。
ここで、無限系で対物レンズが正弦条件を違反するように設計をし、有限系で対物レンズが正弦条件を満たすように設計をするのは、無限系の構成では、原理上トラックシフトで収差の発生しないので、正弦条件の違反がほとんど問題にならない（すなわち正弦条件を満たす必要のない）からである。
従って、このように設計すれば、どちらの記録を再生する場合であっても、トラックシフトによる大きな収差は発生せず、再生信号を得ることができる。
【００４７】
図１２は、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤ利用時の正弦条件違反量を示すグラフである。
そして、上述のようにＨＤ及びＣＤの正弦条件違反量の最大値をＳＣ１ｍａｘ及びＳＣ３ｍａｘと規定した場合に、｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜が（２）式の下限より小さな数値であれば、波長λ３の光束における有効径の端の部分での正弦条件違反量が、絶対値で０．０７を超えることになり、焦点距離が短い集光光学素子、特に対物レンズのトラッキング時のコマ収差がマレシャル限界を超えてしまう。一方、上限よりも大きな数値であれば、波長λ１の光束を使用する際の正弦条件違反量の絶対値の最大値が大きくなりすぎ、ＨＤに対する軸外特性が悪化する。
このように、｜ＳＣ１ｍａｘ／ＳＣ３ｍａｘ｜を（２）式の範囲内とすることで、ＨＤの軸外特性を十分確保しつつ、有限で使用した際のトラッキングのコマ収差発生量を、焦点距離が十分小さな値であってもマレシャル限界以下とすることができる。
【００４８】
また、第１領域の曲率半径を１Ｒｒ１、第２領域の曲率半径を１Ｒｒ２、第３領域の曲率半径を２Ｒｒ１、第４領域の曲率半径を２Ｒｒ２としたとき、（３）式を満たすように設定されている。
０．５＜（１Ｒｒ２−２Ｒｒ２）／（１Ｒｒ１−２Ｒｒ１）＜１．５      （３）
【００４９】
（３）式は、光学面を複数領域に分割した焦点距離が短い対物レンズに関して、下限値０．５を下まわらない範囲で内側の曲率半径（１Ｒｒ１及び２Ｒｒ１）と外側の曲率半径（１Ｒｒ２及び２Ｒｒ２）が異なることを示している。下限値０．５を下まわる場合は対物レンズの光源側と光ディスク側の少なくとも一方の外側領域の近軸半径が小さいことを意味し、近軸半径が小さくなることで、軸外特性、製造上のレンズ面の偏芯誤差の影響が大きくなる。
なお、（３）式の範囲には１を含まないとする。その理由として本発明の技術でコマ収差を補正しようとするならば、内側領域と外側領域の近軸の曲率半径が異なっていなければならないからである。
このように、（１Ｒｒ２−２Ｒｒ２）／（１Ｒｒ１−２Ｒｒ１）を（３）式の範囲内とすることで、３種類の波長に対して球面収差補正をしつつ、軸外軸外の収差も補正できる対物レンズの光学面の面形状を規定できる。これにより非球面の曲率半径が内側領域と外側領域で大きく異なることを防止できる。
外側領域の近軸の曲率半径が小さいと射出成形の製造上にて相対的な面のシフトが起こった場合の収差が発生するが、この範囲に入っていれば収差発生量を十分抑えた対物レンズとすることが可能となる。
【００５０】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の、有限共役系における対物レンズの有効径端の正弦条件違反量をＳＣｍａｘとしたとき、（４）式を満たすように設定されている。
０．０３＜｜ＳＣｍａｘ｜／ｆ＜０．０５  （４）
【００５１】
｜ＳＣｍａｘ｜が下限値０．０３よりも小さいということは、焦点距離ｆが大きいかＳＣｍａｘの絶対値が小さいケースが挙げられるが、薄型ピックアップに組みこむためには対物レンズの焦点距離は１．８ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が望ましい。また有限系でのＳＣｍａｘを小さく抑えると、他の光ディスク（ＨＤ及びＤＶＤ）の正弦条件が満たされなくなるため、３種類の光ディスク間での互換性を達成できなくなる恐れがある。
また、上限値０．０５よりも大きいということは、焦点距離ｆが小さいかＳＣｍａｘが大きいことが挙げられるが、焦点距離が小さすぎる（例えばｆ＝１．６以下）と十分なワーキングディスタンスがとれず、また、ＳＣｍａｘが大きすぎると有限共役系でのレンズシフト時のコマ収差が抑制できないという不具合が生じる。
【００５２】
薄型の光ピックアップ装置の構成とするには焦点距離ｆが１．８〜２．０mmの対物レンズを用いることが望ましく、有限共役系におけるレンズシフト時のコマ収差発生を抑制するには、焦点距離が短くなるほど正弦条件違反量を制御してＳＣｍａｘを小さくする必要がある。（４）式は焦点距離ｆと｜ＳＣｍａｘ｜との関係を示し、（４）式の数値範囲に入る正弦条件違反量であれば、薄型で３つの波長に対して記録／再生に使用可能で軸外特性も保証した光ピックアップ装置用の対物レンズを得られる。
なお、本実施の形態においては、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際に有限共役系であるとしたが、これに限らず、ＨＤにおいて有限共役系にしたり、ＤＶＤにおいて有限共役系にしたり、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤのすべてにおいて有限共役系にしてもよい。
【００５３】
また、ＮＡ３に対応した開口制限を行うための開口素子として、対物レンズＯＢＪの光学面Ｓ１近傍に開口制限素子ＡＰを配置し、２軸アクチュエータにより、開口制限素子ＡＰと対物レンズＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させる構成としてもよい。
この場合の開口制限素子ＡＰの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されている。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域では第１波長λ１乃至第３波長λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ１の領域では第３波長λ３のみを遮断し、第１波長λ１及び第２波長λ２を透過する透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口制限を行うことができる。
また、開口の制限方法としては、波長選択フィルタＷＦを利用する方法だけでなく、機械的に絞りを切り替える方式や後述する液晶位相制御素子ＬＣＤを利用する方式でも良い。
【００５４】
対物レンズＯＢＪは、軽量、安価の観点からプラスチックであることが望ましいが、耐温性、耐光性を考慮すればガラスで製作しても良い。現在主に市場に出回っているのは屈折型ガラスモールド非球面レンズであるが、開発が進められている低融点ガラスを用いれば回折構造が設けられたガラスモールドレンズも製作可能である。また、光学用途のプラスチックの開発も進められている中で、温度による屈折率変化の小さい材料がある。これは、温度による屈折率変化の符合が逆の無機微粒子を混合させることで樹脂全体の温度による屈折率変化を小さくするというものであるが、同様に分散の小さい無機微粒子を混合させて樹脂全体の分散を小さくした材料もあり、それらをＢＤ用対物レンズに用いればなお一層効果的である。
【実施例】
【００５５】
次に、上記実施の形態で示した光学素子の実施例について説明する。
表１に実施例１のレンズデータを示す。
【表１】
2006012218.tif 000003
【００５６】
表１に示すように、本実施例においては、本発明の集光光学素子を対物レンズに適用している。
本実施例の対物レンズはＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用であり、ＨＤでは焦点距離ｆ１＝２．０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、ＤＶＤでは焦点距離ｆ２＝２．０６ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、ＣＤでは焦点距離ｆ３＝２．０４ｍｍ、倍率ｍ３＝−１／１７．８に設定されている。
【００５７】
対物レンズの入射面（光源側の光学面）は、光軸からの高さｈが０＜ｈ≦１．０９ｍｍの範囲内であってＮＡ３内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１（第２面）と、１．０９ｍｍ＜ｈの範囲内であってＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（第２´面）とに分割されている。そして、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状となっている回折構造ＤＯＥが形成されている。
【００５８】
また、対物レンズの出射面（光ディスク側の光学面）は、光軸からの高さｈが０＜ｈ≦０．８７ｍｍの範囲内であってＮＡ３内の領域に対応する第３領域ＡＲＥＡ３（第３面）と、０．８７ｍｍ＜ｈの範囲内であってＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第４領域ＡＲＥＡ４（第３´面）とに分割されている。
第２面、第２´面、第３面及び第３´面は、次式数１に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【数１】
2006012218.tif 000004
【００５９】
ここで、ｘは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
また、第２面及び第２´面の回折構造ＤＯＥは、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、ｈ（ｍｍ）を光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2iを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長とするとき、次の数２式に表１に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（mm）で表される。
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは１．０ｍｍである。
【数２】
2006012218.tif 000005
【００６０】
表２に実施例２のレンズデータを示す。
【表２】
2006012218.tif 000006
【００６１】
表２に示すように、本実施例においては、本発明の集光光学素子を対物レンズに適用している。
本実施例の対物レンズはＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用であり、ＨＤでは焦点距離ｆ１＝１．８０ｍｍ、倍率ｍ１＝０に設定されており、ＤＶＤでは焦点距離ｆ２＝１．８５ｍｍ、倍率ｍ２＝０に設定されており、ＣＤでは焦点距離ｆ３＝１．８４ｍｍ、倍率ｍ３＝−１／１５．２に設定されている。
【００６２】
対物レンズの入射面（光源側の光学面）は、光軸からの高さｈが０＜ｈ≦１．０１ｍｍの範囲内であってＮＡ３内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１（第２面）と、１．０１ｍｍ＜ｈの範囲内であってＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２（第２´面）とに分割されている。そして、第１領域ＡＲＥＡ１及び第２領域ＡＲＥＡ２には、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯で構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状となっている回折構造ＤＯＥが形成されている。
また、対物レンズの出射面（光ディスク側の光学面）は、光軸からの高さｈが０＜ｈ≦０．７７５ｍｍの範囲内であってＮＡ３内の領域に対応する第３領域ＡＲＥＡ３（第３面）と、０．７７５ｍｍ＜ｈの範囲内であってＮＡ３からＮＡ１までの領域に対応する第４領域ＡＲＥＡ４（第３´面）とに分割されている。
【００６３】
第２面、第２´面、第３面及び第３´面は、上記数１に表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第２面及び第２´面の回折構造ＤＯＥは、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記数２式に表２に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（mm）で表される。
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは１．０ｍｍである。
【００６４】
図１３及び図１４は、実施例１及び２におけるレンズシフト発生時の波面収差の発生量を示すグラフであり、図１５は、比較例として従来の対物レンズ（焦点距離ｆ１＝１．８ｍｍ）におけるレンズシフト発生時の波面収差の発生量を示すグラフである。
図１３〜図１５より、レンズが０．３５ｍｍシフトした場合に、従来の対物レンズではマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]を超えてしまうが、実施例１の対物レンズ（焦点距離ｆ１＝２．０ｍｍ）と実施例２の対物レンズ（焦点距離ｆ１＝１．８ｍｍ）ではマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]を超えないことが分かる。
また、レンズが０．５ｍｍシフトした場合に、実施例１の対物レンズ（焦点距離ｆ１＝２．０ｍｍ）はマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]を超えないので、実施例１の対物レンズを用いることが、レンズシフト時の波面収差を抑制する観点からはより好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】対物レンズの構成を示す要部断面図である。
【図３】対物レンズの構成を示す正面図（ａ）及び背面図（ｂ）である。
【図４】位相構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図５】位相構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図６】位相構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図７】位相構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図８】焦点距離と倍率との関係を示す表（ａ）及びグラフ（ｂ）である。
【図９】正弦条件を説明するための図（ａ）、（ｂ）である。
【図１０】像高と収差量の関係を示すグラフ（ａ）、（ｂ）である。
【図１１】無限系ピックアップ装置を示す図（ａ）及び有限系ピックアップ装置を示す図（ｂ）である。
【図１２】正弦条件違反量を示すグラフ（ａ）〜（ｃ）である。
【図１３】実施例１におけるレンズシフト時の波面収差量を示すグラフである。
【図１４】実施例２におけるレンズシフト時の波面収差量を示すグラフである。
【図１５】比較例におけるレンズシフト時の波面収差量を示すグラフである。
【図１６】比例縮小した光学系を説明するための図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１７】トラッキング時に生じる３次のコマ収差の発生量と倍率の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
ＤＯＥ 回折構造
ＯＢＪ 対物レンズ
ＰＵ   光ピックアップ装置
ＡＲＥＡ１    第１領域
ＡＲＥＡ２    第２領域
ＡＲＥＡ３    第３領域
ＡＲＥＡ４    第４領域
【図１】
2006012218.tif 000007
【図２】
2006012218.tif 000008
【図３】
2006012218.tif 000009
【図４】
2006012218.tif 000010
【図５】
2006012218.tif 000011
【図６】
2006012218.tif 000012
【図７】
2006012218.tif 000013
【図８】
2006012218.tif 000014
【図９】
2006012218.tif 000015
【図１０】
2006012218.tif 000016
【図１１】
2006012218.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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